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有请Dr.沈建其, 时间问题
[楼主] 作者:xilu234  发表时间:2013/04/15 15:35
点击:470次

有请Dr.沈建其, 下面的短文是对于物理学中的时间问题回复建其。 

最近,我经常在思考时间箭头与物理学方程的关系。

 

在我们知道的物理方程中,除了热力学有不可逆过程,别的描述物理规律的微分方程中,时间似乎都是可逆的。

仔细想来,对于大多数物理方程的求解往往都是考虑理想情况下的单个粒子的运动。对于两体运动,我们尚能求解;可是对多体运动,我们几乎无法精确求解。人类的数学能力也不过如此。

 

以单摆的简谐运动为例:F = d2x/dt2 = -kx,  我们可以得到一个周期运动的数学解: x = Acos(wt) (因为这是博客文章,为了通俗化,我不进行严格说明)。在这个方程中以及精确解中,时间变量t 的确可取正值或者负值。

 

然而在实际情况,单摆的运动受到空气阻力,摆动幅度随时间减少。为了描述这个物理过程,可以在简谐运动方程的右边加上一项与速度相正比的阻尼项:-bv。于是,有阻尼项的单摆运动的精确解中,摆动幅度多了一项随时间减少的指数项:exp(-at), (常数a b 有关)。注意:在这个精确解中,时间变量t只能取正值。反之,如果取负值,摆动幅度将越来越大,与事实不符。也就是说,有阻尼项的单摆运动方程:

 

F = -kx bv,体现了时间箭头。

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 [2楼]  作者:jqsphy  发表时间: 2013/04/15 15:52 

张先生:您说的,我知道。阻力bv含v,是时间的一阶导数,这不遵守时间反演,故而不可逆。

统计物理学中的玻尔兹曼积分微分方程,就是一个研究运动不可逆的方程。可以参考。
[楼主]  [3楼]  作者:xilu234  发表时间: 2013/04/15 16:11 

对【2楼】说:

建其: 请简单"科普"一下.

不要把简单问题复杂化.

 [4楼]  作者:王皓明  发表时间: 2013/04/15 17:05 

F = -kx –bv,体现了时间箭头。我认为;没有实际意义。如果单摆运动停止了那?阻尼项为零了怎么办?所以单摆的简谐运动的时间箭头不是体现在阻尼项上,而是在单摆的其它情况。如单摆的温度变化,空间位置的变化(地球是运动着的)等等,这些是不可逆的。因为就是没有阻尼项的单摆,它所处空间位置等等会产生变化的,是不可逆的。
[楼主]  [5楼]  作者:xilu234  发表时间: 2013/04/15 18:37 

对【4楼】说:
一个物体受到周围稀薄介质的耗散力,这是自然界中的普遍现象,例如岩石受到长期的风化作用,“老化”成为沙子。可是,这种复杂现象几乎不能用数学来表示。

 

在我在文章中提到的有阻尼项的单摆运动,是可以用数学公式表达的简单例子。

 

从数学上讲,对于小的阻尼项,摆幅趋向于零的时间可以是无限的。
[楼主]  [6楼]  作者:xilu234  发表时间: 2013/04/15 18:37 
[楼主]  [7楼]  作者:xilu234  发表时间: 2013/04/15 18:38 
 [8楼]  作者:jiuguang  发表时间: 2013/04/15 21:49 

时间可以取正也可以取负,这是没有问题的。
其物理意义,时间为正表示未来,时间为负则表示过去。
也可以看做,预测未来,和反演历史。两者有不同的物理意义。
 [9楼]  作者:王皓明  发表时间: 2013/04/16 08:33 

对【5楼】说:
只要存在阻尼,摆幅的简谐运动趋向于零的时间就不可能是无限的(因为永动机是不存在的)。就是说当单摆的简谐运动停下来时,时间箭头就消失了。所以我说;单摆的简谐运动的时间箭头不是体现在阻尼项上,而是在单摆的其它情况。
 [10楼]  作者:hudemi  发表时间: 2013/04/16 08:36 

张老师,个人认为时间既具有客观性,同时还具有均匀性、绝对性和统一性。时间既不依附于任何单个观察者,也不依附于任何单个事件,时间标准对任何事件和观察者都是绝对的、统一的。即使有个别或少数事件的某些过程与以往不同,也不说明作为标准的时间进程变快或变慢了,只能说该事件过程本身发生了变化。同样道理,即便有单个物理事件(比如简谐振动)中时间参数可以反演,也不代表作为整个宇宙事件进程快慢标准的时间可以反演。后者才是时间之箭!

 [11楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2013/04/16 09:17 

单摆停止了,是不是时间就停止了?很有意思的是,我儿子2岁时,就曾问我,钟是干什么的?我告诉他是计时间的。他又问:时间是什么?我说时间是我们做事快慢、前后的比较。最后他问:那么钟停止了,时间会不会停止?
我觉得现在的科学家就像个2岁的孩子。
时间作为工具对物质的运动进行描述,由于描述的简洁性,使得从数学上存在时间反演、停止等现象,但是,正如张教授所言,任何机构都有被忽略的问题,如阻尼等,当然还有原子内部的运动、衰变,如果都考虑进来,即便在数学上也不存在时间反演,即便在理想状态下,所有的运动都得到返回,仍然不能认为时间被反演了,因为时间是我们对世界运动发生前后、快慢的度量,本身世界不存在时间这种物质,时间是被定义出来的,如果按照我们本来的定义去理解,那么任何运动的返回都不与时间反演无关。

※※※※※※
空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。
 [12楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2013/04/16 09:21 

时间作为一种工具,必须有一个统一的标准,这个标准当然不可以百花齐放,因此一个统一的时间下,任何机构内部的问题都不会出现时间反演,反演的仅仅是运动。

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空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。
 [13楼]  作者:王飞cn  发表时间: 2013/04/16 09:27 

相对论认为所有的惯性系都是等价的,因此大家都有权制定时间标准,更要命的是,在相对论看来,这些标准不能统一,作为物理学基础的时间度量都不能统一,其它因素势必也难逃厄运,物理在没有基本度量衡统一的情况下,势必造成空前的混乱。

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空间本无物理性质,具有以太的空间才有了局部静止系、惯性,运动才可以自身测量。

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